Untersuchungen zur anaeroben Bildung von Essigsäure durch Acetogenium kivui

Klemps, R.

Book/Report

FZJ-2018-02888

Untersuchungen zur anaeroben Bildung von Essigsäure durch Acetogenium kivui

Klemps, R. (Corresponding author)FZJ*

1988
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag Jülich

Jülich : Kernforschungsanlage Jülich, Verlag, Berichte der Kernforschungsanlage Jülich 2204, 102 p. (1988)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18491

Report No.: Juel-2204

Abstract: Für die Herstellung von Essigsäure werden bisher hauptsächlich aerobe mikrobielle Verfahren angewendet. Dagegen ist über die anaerobe Gewinnung mit homoacetogenen Bakterien sowie über die physiologischen Hintergründe der Wirkung von Essigsäure auf die Zelle noch wenig bekannt. Aus diesem Grund wurde sowohl die Umsetzung von Glucose zu Essigsäure unter verschiedenen Kulturbedingungen als auch ihr Einfluß auf das Wachstum der Zellen bei homoacetogenenBakterien untersucht. 1. Drei thermophile und sechs mesophile homoacetogene Bakterienstämme wurden auf ihre Fähigkeit, aus Glucose quantitativ Essigsäure zu bilden, untersucht. Bei A. kivui wurde von allen getesteten Organismen die höchste Zellaktivität von 0,24 mMol/min•g TM in der exponentiellen Wachstumsphase bestimmt, Glucose wurde von A. kivui zu 85 % der theoretischen maximalen Ausbeute umgesetzt, wobei die Produkt-Endkonzentration 625 mM betrug. 2. Eine Steigerung der Acetatendkonzentration auf über 700 mM sowie eine Verkürzung der Fermentationszeit um 20 % konnte durch ein semikontinuierliches Verfahren mit A. kivui erreicht werden. Dabei blieb die Aktivität der Kultur über mehrere Zyklen stabil. In kontinuierlicher Kultur betrug die höchste Essigsäurekonzentration 420 mM bei einer Durchflußrate von 0,017 h$^{-1} \cdot$. Die Produktionsrate war bei hohen Durchflußraten und geringen Acetatkonzentrationen maximal und betrug 43 mMOL/l•h. 3. Die Bestimmung der Komponenten der protonenmotorischen Kraft $\Delta$pH und $\Delta$Y zeigte, daß bei der Abnahme des externen pH-Wertes von 6,4 auf 4,8 in Gegenwart von 150 mM Acetat der interne pH von 6,8 auf 5,7 abfiel und bei weiterer Ansäuerung des Zytosols $\Delta$pH und $\Delta$Y und damit $\Delta$p kollabierten. Entkopplersubstanzen wie Butanol oder Toluol in Konzentrationen über 100 mM senkten den pH-Gradient ebenfalls ab. Die zeltinterne Acetatkonzentration stieg über 600 mM an und ist eng korreliert mit $\Delta$pH. 4. Unter pH-statischen Wachstumsbedingungen wurde pHt durch die gebildete Essigsäure bis unterhalb von pHe 6,4 abgesenkt, sodaß sich der pH-Gradient umkehrte und negative Werte annahm. Die interne Essigsäurekonzentration konntedadurch nicht über den Level der externen Konzentration ansteigen. Nach 37 Stunden Fermentationszeit kollabierten sowohl $\Delta$pH als auch $\Delta$Y und damit $\Delta$p. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Energieladungszustand der Zellen von A. kivui 0,41. 5. Enzymatische Untersuchungen bei A. kivui zeigten, daßdie Acetat-Kinase durch 1 M Na-Acetat und die Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase durch 1,6 M Na-Acetat zu 50 % gehemmt werden. Eine starke Abnahme der Aktivität wurde ebenfalls bei der Eormiat-Dehydrogenase von A. kivui bereits während der exponentiellen Wachstumsphase und bei maximaler Produktionsrate der Zellen festgestellt. Die CO-Dehydrogenase hingegen wies mit 12,2 U/mg eine unter homoacetogenen Bakterien vergleichsweise hohe Aktivität auf.

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